Noãn là một tế bào đặc biệt cung cấp nhiều chức năng thiết yếu cho sự hình thành một mầm sống mới, do đó, tiềm năng phát triển của noãn là vô cùng quan trọng, gồm khả năng hoạt hóa chuẩn bị cho sự thụ tinh, khả năng chống lại đa thụ tinh, ức chế sự chết tế bào sau thụ tinh, cũng như hỗ trợ cho toàn bộ hoạt động tái lập chương trình di truyền trong nhân, và toàn bộ những cơ chế điều hòa cho sự hoạt hóa bộ gene của phôi,… Tất cả những quá trình này đều được điều hòa, hỗ trợ từ các mRNA của mẹ chứa trong bào tương noãn. Trong phần này, chúng ta sẽ bàn luận về động học điều hòa dịch mã gene, sự im lặng gene cũng như các cơ chế điều hòa sử dụng các mRNA này trong suốt quá trình trưởng thành noãn cũng như sau khi noãn thụ tinh.

Sự biểu hiện gene ở noãn trong các giai đoạn phát triển khác nhau của nang noãn sẽ khác nhau. Một số bằng chứng trên chuột cho thấy trong số 11660 mRNA được phát hiện trong các noãn khảo sát, có 5020 gene biểu hiện thay đổi gấp 2 lần mức độ biểu hiện (cả tăng và giảm biểu hiện) của nó khi nó chuyển từ giai đoạn nang nguyên thủy sang giai đoạn nang noãn sơ cấp. Sự khác biệt biểu hiện các mRNA đáng kể này còn được nhận thấy rõ rệt ở giai đoạn nang noãn phát triển từ nang sơ cấp sang nang có hốc [2, 15]. Sự thay đổi biểu hiện gene này được điều hòa bởi sự thay đổi cấu trúc sợi nhiễm sắc theo nhiều mức độ khác nhau như acetyl/deacetyl hóa histone, methyl hóa DNA, … và một số cơ chế epigenetic khác.

Những phân tử mRNA có nguồn gốc từ mẹ sẽ vận hành giai đoạn đầu trong sự phát triển của phôi trước khi hoạt hóa hoạt động phiên mã các gene từ bộ gene của hợp tử. Noãn được phát triển duy nhất theo hướng tích trữ và điều hòa các mRNA. Các phân tử mRNA của noãn được lưu trữ ở dạng bất hoạt trong bào tương noãn và các phân tử này chỉ được hoạt hóa cho quá trình dịch mã ở từng thời điểm nhất định như khởi phát sự trưởng thành noãn, thời điểm thụ tinh cũng như những chu kì phân bào đầu tiên trong sự phát triển phôi. Để có thể tích lũy lượng lớn mRNA trong noãn dành cho các quá trình phát triển sau này, một nhóm các protein được gọi là protein liên kết mRNA với chức năng ngăn cản quá trình dịch mã các phân tử mRNA nói trên. Một số protein liên kết mRNA được tìm thấy trên các động vật thí nghiệm như ếch và các động vật không xương sống cũng đã được báo cáo [1, 8, 11]. Bên cạnh đó, từ các cá thể nấm men đến động vật hữu nhũ, các nghiên cứu đều cho thấy có sự tồn tại của một cấu trúc gọi là “P body” (processing body) có liên quan đến ức chế dịch mã, cấu trúc này bao gồm các enzyme gỡ bỏ mũ chụp của cấu trúc mRNA như DCP1P/DCP2P, các yếu tố hoạt hóa quá trình gỡ bỏ mũ chụp mRNA, 5’-3’ exonuclease và các phức hợp protein liên quan khác [4]. Các nghiên cứu cho thấy P body liên quan đến sự tích lũy mRNA ở các noãn ít tiềm năng. Khi noãn phát triển, những thể P body này biến mất và thay vào đó là sự xuất hiện các cấu trúc kết cụm gần vỏ nang noãn được gọi tắt là các SCA. Các SCA này chứa RNA và các protein liên kết RNA, và hoạt động như một bộ phận chứa các mRNA có nguồn gốc từ mẹ [10, 16]. Một protein quan trọng khác có liên quan đến sự tích lũy mRNA ở noãn là MSY2, thiếu hụt protein này thường đi đôi với sự ngừng tăng trưởng cũng như ngừng trưởng thành ở noãn chuột [3].

Các phân tử mRNA trong noãn sau khi tích lũy sẽ lần lượt được biểu hiện tùy thuộc vào giai đoạn khác nhau. mRNA có nguồn gốc từ mẹ được chiêu mộ sẵn sàng cho quá trình dịch mã trước và sau thụ tinh là khác nhau, sự hoạt hóa các mRNA bởi sự polyadenyl hóa thuận nghịch được kiểm soát bởi các yếu tố polyadenyl hóa trong bào tương (CPE). Một nghiên cứu cho thấy 80% các mRNA được dịch mã trước thụ tinh chứa các motif CPE nhưng vẫn ít hơn nửa số mRNA chứa CPE ở giai đoạn sau thụ tinh [6, 7]. Nghiên cứu trên chuột cho thấy quá trình kiểm soát dịch mã ở noãn chuột cần nhiều yếu tố khác ngoài các CPE [5].

Sau quá trình dịch mã, một số mRNA sẽ được tiếp tục lưu trữ trong bào tương trong khi một số phân tử mRNA khác sẽ bị phân hủy. Các yếu tố CPE và một số các motif được cấu tạo bởi các nucleotide liên kết ở dạng hexemer điều hòa thời gian bán hủy đặc hiệu cho một số mRNA nhất định. Những mRNA không chứa CPE sẽ mặc định trải qua sự deadenyl hóa, khiến cho các phân tử này kém ổn định hơn và bị phân hủy sớm hơn so với những mRNA khác có đuôi poly A [12]. Kết quả phân tích microarray so sánh các mRNA biểu hiện ở noãn GV và MII của chuột cho thấy 3002 phân tử giảm biểu hiện trong suốt quá trình trưởng thành noãn trong khi khoảng hơn 9200 mRNA không thay đổi biểu hiện. Các phân tích chức năng sinh học của các mRNA không thay đổi biểu hiện nói trên đều cho thấy các phân tử này đóng vai trò quan trọng trong những con đường truyền tín hiệu tế bào [9]. Ở noãn người, số lượng mRNA biểu hiện giảm dần đáng kể trong suốt quá trình trưởng thành noãn [14]. Các mRNA có nguồn gốc từ mẹ sẽ biểu hiện từ trước khi noãn thụ tinh đến giai đoạn phôi 2 tế bào, lúc này, các yếu tố ức chế hoạt động RNA polymerase sẽ khóa toàn bộ hoạt động phiên mã các mRNA nói trên. Thí nghiệm trên phôi tạo ra từ chuyển nhân tế bào sinh dưỡng cho thấy các phôi này thay đổi các hoạt động ổn định cũng như hoạt động phân hủy mRNA, có nghĩa là sự biểu hiện các mRNA từ bộ gene phôi đã gây ảnh hưởng đến hoạt động phân hủy các mRNA có nguồn gốc từ mẹ [13].
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.         Matsumoto, K., et al., Visualization of the reconstituted FRGY2-mRNA complexes by electron microscopy. Biochem Biophys Res Commun, 2003. 306(1): p. 53-8.
2.         Matzuk, M.M., et al., Intercellular communication in the mammalian ovary: oocytes carry the conversation. Science, 2002. 296(5576): p. 2178-80.
3.         Medvedev, S., H. Pan, and R.M. Schultz, Absence of MSY2 in mouse oocytes perturbs oocyte growth and maturation, RNA stability, and the transcriptome. Biol Reprod, 2011. 85(3): p. 575-83.
4.         Parker, R. and U. Sheth, P bodies and the control of mRNA translation and degradation. Mol Cell, 2007. 25(5): p. 635-46.
5.         Potireddy, S., et al., Positive and negative cis-regulatory elements directing postfertilization maternal mRNA translational control in mouse embryos. Am J Physiol Cell Physiol, 2010. 299(4): p. C818-27.
6.         Potireddy, S., et al., Analysis of polysomal mRNA populations of mouse oocytes and zygotes: dynamic changes in maternal mRNA utilization and function. Dev Biol, 2006. 298(1): p. 155-66.
7.         Richter, J.D., CPEB: a life in translation. Trends Biochem Sci, 2007. 32(6): p. 279-85.
8.         Skabkin, M.A., et al., Structural organization of mRNA complexes with major core mRNP protein YB-1. Nucleic Acids Res, 2004. 32(18): p. 5621-35.
9.         Su, Y.Q., et al., Selective degradation of transcripts during meiotic maturation of mouse oocytes. Dev Biol, 2007. 302(1): p. 104-17.
10.       Swetloff, A., et al., Dcp1-bodies in mouse oocytes. Mol Biol Cell, 2009. 20(23): p. 4951-61.
11.       Tafuri, S.R. and A.P. Wolffe, Xenopus Y-box transcription factors: molecular cloning, functional analysis and developmental regulation. Proc Natl Acad Sci U S A, 1990. 87(22): p. 9028-32.
12.       Varnum, S.M. and W.M. Wormington, Deadenylation of maternal mRNAs during Xenopus oocyte maturation does not require specific cis-sequences: a default mechanism for translational control. Genes Dev, 1990. 4(12B): p. 2278-86.
13.       Vassena, R., Z. Han, and S. Gao, Tough beginnings: alterations in the transcriptome of cloned embryos during the first two cell cycles. Dev Biol, 2007. 304: p. 75 - 89.
14.       Wells, D. and P. Patrizio, Gene expression profiling of human oocytes at different maturation stages and after in vitro maturation. Am J Obstet Gynecol, 2008. 198: p. 455.e1-9.
15.       Wickramasinghe, D. and D.F. Albertini, Centrosome phosphorylation and the developmental expression of meiotic competence in mouse oocytes. Dev Biol, 1992. 152(1): p. 62-74.
16.       Yu, J., N.B. Hecht, and R.M. Schultz, Expression of MSY2 in mouse oocytes and preimplantation embryos. Biol Reprod, 2001. 65(4): p. 1260-70.
 

Từ khóa: mRNA, noãn, phiên mã, biểu hiện gene